TWI541881B - 藉由雷射與電漿蝕刻之基板切割所用的水溶性遮罩 - Google Patents

藉由雷射與電漿蝕刻之基板切割所用的水溶性遮罩 Download PDF

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亞拉曼奇里麥德哈瓦饒
伊頓貝德
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Description

藉由雷射與電漿蝕刻之基板切割所用的水溶性遮罩
本發明實施例屬於半導體製程的領域，且詳言之，本發明係關於切割基板的遮罩方法，各個基板具有IC於基板上。
在半導體基板製程中，IC形成在基板(亦稱為晶圓)上，通常基板是由矽或其他半導體材料所構成。一般而言，利用各種半導體、導體或絕緣材料的薄膜層來形成IC。使用各種習知製程使這些材料經摻雜、沉積及蝕刻，以在同一塊基板上同時形成複數個IC，諸如記憶體裝置、邏輯裝置、光電裝置等。
在形成裝置之後，將基板安裝至諸如附著膜的支撐構件上，支撐構件延伸橫跨膜框架，且基板經「切割(diced)」以將各個個別裝置或「晶粒」彼此分離藉以供封裝等。就現今而言，劃線與鋸切是兩個最普及的切割技術。就劃線而言，具有鑽石尖端(diamond tipped)之劃線沿著預先形成的刻劃線移動橫跨基板表面。藉由施加壓力(例如，使用滾軸)，使基板沿著刻劃線而分離。就鋸切而言，具有鑽石尖端的鋸子沿著 街道(street)切開基板。就單分薄基板(例如，單分50-150μms(μm)厚之塊體矽)而言，傳統的方法僅能產出不良的製程品質。當從薄基板單分晶粒時可能會面臨的一些挑戰，包括形成微裂縫(microcrack)、在不同層之間的剝離(delamination)、無機介電層的剝落(chipping)、保持嚴格的切口寬度控制、或控制剝蝕深度控制的精確度。
亦設想過電漿切割的使用，然而用於圖案化光阻的標準微影術操作可能使執行成本過高。另一可能阻礙電漿切割之實施的限制在於沿著街道(street)切割常見金屬(例如，銅)的電漿製程可能會產生生產問題或產量限制。最後，特別(但不限定)取決於基板的厚度與上表面形貌、電漿蝕刻的選擇性以及基板之上表面上存有的金屬所需，電漿切割製程的遮罩可能會產生問題。
本發明實施例包括遮罩半導體基板的方法，用於包括雷射劃線及電漿蝕刻兩者的混合切割製程。
在一實施例中，切割具有複數個IC之半導體基板的方法包括以下步驟：在半導體基板之上形成遮罩，遮罩包括水溶性材料，水溶性材料覆蓋並保護IC。利用雷射劃線製程將遮罩圖案化，藉以提供具有間隙的圖案化遮罩，而暴露基板介於在IC之間的區域。隨後，經由圖案化遮罩中的間隙藉以電漿蝕刻基板，藉以將IC單分成晶片。
在另一實施例中，用於切割半導體基板的系統包括：耦接至相同平台的飛秒雷射；電漿蝕刻腔室；以及濕站(wet station)。
在另一實施例中，一種切割具有複數個IC之基板的方法包括以下步驟：在矽基板的前側之上形成聚乙烯醇(PVA)的水溶性遮罩層。遮罩覆蓋並保護設置在基板之前側之上的IC。IC包括具有凸塊的銅凸起上表面，凸塊由諸如聚酰(PI)的鈍化層所圍繞。在凸塊與鈍化層下方的次表面(subsurface)薄膜包括低κ層間介電層以及銅內連接層。利用飛秒雷射劃線製程來圖案化水溶性材料、鈍化層、以及次表面薄膜，藉以暴露矽基板介於IC之間的區域。利用深矽電漿蝕刻製程經由間隙來蝕刻矽基板，藉以單分IC，且隨後在水中洗去PVA層。
100‧‧‧方法
102‧‧‧操作
103‧‧‧操作
105‧‧‧操作
107‧‧‧操作
200‧‧‧方法
202‧‧‧操作
204‧‧‧操作
208‧‧‧操作
220‧‧‧操作
250‧‧‧方法
306‧‧‧操作
300‧‧‧方法
304‧‧‧操作
350‧‧‧操作
355‧‧‧操作
360‧‧‧操作
370‧‧‧操作
375‧‧‧操作
402‧‧‧遮罩層
406‧‧‧基板
408‧‧‧晶粒貼附膜
410‧‧‧背膠帶
411‧‧‧背側支撐件
412‧‧‧照光
414‧‧‧溝槽
425‧‧‧第一IC
426‧‧‧第二IC
427‧‧‧街道
500‧‧‧截面圖
501‧‧‧底表面
502‧‧‧水溶性層
503‧‧‧上表面
504‧‧‧二氧化矽層
505‧‧‧氮化矽層
508‧‧‧銅內連接層
511‧‧‧鈍化層
512‧‧‧凸塊
600‧‧‧製程工具
602‧‧‧工廠介面
604‧‧‧負載閘
606‧‧‧叢集工具
608‧‧‧電漿蝕刻腔室
610‧‧‧雷射劃線設備
612‧‧‧沉積模組
700‧‧‧電腦系統
702‧‧‧處理器
704‧‧‧主記憶體
706‧‧‧靜態記憶體
708‧‧‧網路介面裝置
710‧‧‧影像顯示單元
712‧‧‧字母數字輸入裝置
714‧‧‧游標控制裝置
716‧‧‧信號產生裝置
718‧‧‧第二記憶體
720‧‧‧網路
722‧‧‧軟體
730‧‧‧匯流排
731‧‧‧機器可存取儲存媒體
本發明實施例藉由伴隨圖式的範例來說明，但並非受限於圖式，其中：
第1圖為例示根據本發明實施例之混合雷射剝蝕-電漿蝕刻單分方法的流程圖。
第2A圖為例示根據本發明實施例將水溶性遮罩層旋轉塗佈至待切割基板上之方法的流程圖。
第2B圖為例示根據本發明實施例將水溶性遮罩層施加至待切割基板之乾膜疊層方法的流程圖。
第3A圖為例示根據本發明實施例在晶圓薄化之前將水溶性遮罩層施加至待切割基板之方法的流程圖。
第3B圖為例示根據本發明實施例在晶圓薄化之後將水溶性遮罩層施加至待切割基板之方法的流程圖。
第4A圖為例示根據本發明實施例包括複數個IC之半導體基板的截面圖，對應第1圖所述之切割方法的操作102。
第4B圖為例示根據本發明實施例包括複數個IC之半導體基板的截面圖，對應第1圖所述之切割方法的操作103。
第4C圖為例示根據本發明實施例包括複數個IC之半導體基板的截面圖，對應第1圖所述之切割方法的操作105。
第4D圖為例示根據本發明實施例包括複數個IC之半導體基板的截面圖，對應第1圖所述之切割方法的操作107。
第5圖為例示根據本發明實施例將水溶性遮罩施加至包括複數個IC之基板之上表面與次表面薄膜之上的截面圖。
第6圖為例示根據本發明實施例利用遮罩移除所用之整合濕站進行雷射與電漿切割基板之工具布局的方塊圖。
第7圖為例示根據本發明實施例範例電腦系統的方塊圖，範例電腦系統控制本文所述遮罩、雷射劃線、電漿切割方法之一或多個操作的自動執行。
本發明揭示切割基板的方法，各個基板具有複數個IC於基板上。在下列的敘述中，為例示性描述本發明實施例而闡述了諸多特定的細節，例如飛秒雷射劃線及深矽電漿蝕 刻的情況。然而，顯而易見地，此領域之習知技藝者可在沒有這些特定細節的情況下實現本發明實施例。在其他情況下，為避免不必要的混淆本發明實施例，並未描述諸如IC製造、基板薄化、貼膠(taping)等習知態樣。本說明書通篇所指之「一實施例」表示，連結實施例所描述的特定特徵結構、結構、材料或特性是包括在本發明的至少一實施例中。因此，在通篇說明書中出現多次之「在一實施例中」之詞並非必須參照至本發明的同一實施例。進一步言之，可以任何適當的方式結合一或多個實施例中的特定特徵結構、結構、材料或特性。再者，應了解在圖式中所示之各種範例實施例僅為例示性質，且不須按比例繪製。
在本文使用術語「耦接」及「連接」以及其他類似用語來描述部件之間的結構關係。應了解，這些術語並非意指部件彼此之間為同義詞。更明確地說，在特定實施例中，可使用「連接」表示兩個或兩個以上個元件彼此之間為直接實體上或電性接觸。可使用「耦接」表示兩個或兩個以上個元件彼此之間為直接或間接(具有其他中介(intervening)元件介於兩個或兩個以上個元件之間)實體上或電性接觸，及(或)兩個或兩個以上個元件彼此協同(co-operate)或交互作用(例如，為一因果關係)。
本文所使用的術語「之上(over)」、「之下(under)」、「介於(between)」以及「上(on)」代表一材料層相對於其他材料層的相對位置。因此，(例如)設置在另一層之上或之下的一層可直接接觸其他層或具有一或多個中介層。再者，設置於 兩層之間的一層可直接接觸其他兩層或可具有一或多個中介層。相對地，位於第二層「上」的第一層係接觸第二層。除此之外，在不考量基板之絕對定向的情況下，假定相對於基板實行操作而提供一層相對於其他層的相對位置。
一般而言，涉及初始雷射劃線及後續電漿蝕刻的混合基板或基板切割製程於單分晶粒時係使用水溶性遮罩。可使用雷射劃線製程乾淨地移除未圖案化(亦即，毯覆(blanket))遮罩層、鈍化層、以及次表面薄膜裝置層。隨後，可在暴露基板或基板部分剝蝕之後終止雷射蝕刻製程。隨後，可採用混合切割製程的電漿蝕刻部分蝕穿整塊基板(例如穿過整塊單晶矽)，藉以單分或切割晶片。
根據本發明之一實施例，使用飛秒雷射劃線與電漿蝕刻的結合將半導體基板切割成個別或單一的IC。在一實施例中，飛秒雷射劃線是實質上(若非完整)非平衡(non-equilibrium)的製程。舉例而言，基於飛秒之雷射劃線可位於熱損害可忽略的區域。在一實施例中，使用雷射劃線單分具有超低κ膜(亦即，具有低於3.0之介電常數)的IC。在一實施例中，利用雷射直接曝寫(writing)而除去了微影圖案化的操作，使遮罩材料為非光敏性(non-photosensitive)，並以非常少的花費實行基於電漿蝕刻之切割製程來分開基板。在一實施例中，在電漿蝕刻腔室中使用穿矽通孔(TSV)蝕刻來完成切割製程。
第1圖為例示根據本發明實施例之混合雷射剝蝕-電漿蝕刻單分製程100的流程圖。對應至方法100中之操作， 第4A-4D圖為例示根據本發明實施例包括第一IC 425及第二IC 426之基板406的截面圖。
參照第1圖之操作102，並對應第4A圖，遮罩層402形成於基板406之上。一般而言，基板406是由任何適於承受薄膜裝置層形成於基板上之生產製程的材料所構成。例如，在一實施例中，基板406為基於IV族的材料，諸如但不受限於單晶矽、鍺、或矽/鍺。在另一實施例中，基板406為III-V族材料，諸如使用在在發光二極體(LEDs)之製造中的III-V族材料基板。在裝置製造期間，基板406的厚度通常為600μm-800μm，但如第4A圖中所示，基板406已經薄化至50μm到100μm，且薄化基板現藉由乘載件所支撐，例如，乘載件可為背膠帶410，背膠帶410延伸橫越框架(未例示)並利用晶粒貼附膜408(die attach film，DAF)附著至基板背側。
在一些實施例中，第一IC 425及第二IC 426包括記憶體裝置或互補式金屬氧化半導體(CMOS)電晶體，記憶體裝置或互補式金屬氧化半導體電晶體在矽基板406中製造並包覆在介電堆疊中。可在裝置或電晶體之上形成複數個金屬內連接，且由介電層圍繞複數個金屬內連接，且複數個金屬內連接可用來電耦接裝置或電晶體藉以形成IC 425、IC 426。製造街道427的材料可相似或相同於用來形成IC 425、IC 426的材料。例如，街道427可包括介電材料、半導體材料及金屬化的薄膜層。在一實施例中，街道427包括相似於IC 425、IC 426的測試裝置。街道427的寬度可為介於10μm至100μm之間的任意寬度。
在一些實施例中，遮罩402包括覆蓋在IC 425、IC 426之上表面的水溶性材料層。遮罩層402也可覆蓋介於IC 425、IC 426之間的中介街道427。在混合雷射劃線、電漿蝕刻切割方法100(第1圖)期間，水溶性材料層用來保護IC 425、IC 426的上表面。在雷射劃線操作103之前，遮罩層402係為未圖案化，雷射劃線操作103係利用雷射劃線來剝蝕部分設置於街道427之上之遮罩層402，藉以實行刻劃線的直接曝寫。
第5圖為例示根據本發明實施例包括水溶性層502之一實施例的截面圖500，水溶性層502接觸IC 426之上表面及街道427。如第5圖所示，基板406具有上表面503，薄膜裝置層設置於上表面503上，上表面503相對於底表面501，底表面501接合DAF 408(第4A圖)。一般而言，薄膜裝置層材料可包括但不限於有機材料(例如，聚合物)、金屬、或無機介電質(諸如二氧化矽或氮化矽)。第5圖例示的範例薄膜裝置層包括二氧化矽層504、氮化矽層505、銅內連接層508，並具有低κ(例如，小於3.5)或超低κ(例如，小於3.0)層間介電層(ILD)(例如，碳摻雜氧化物(CDO))設置於薄膜裝置層之間。IC 426的上表面包括凸塊512(通常為銅)，凸塊512由鈍化層511(通常是聚醯(polymide，PI)或類似的聚合物)所圍繞。凸塊512及鈍化層511因而構成IC的上表面，以及薄膜裝置層形成次表面IC層。凸塊512從鈍化層511的上表面延伸至凸塊高度HB，在範例實施例中，凸塊高度HB的範圍介於10μm到50μm之間。
在一實施例中，水溶性層502為遮罩層402，因此遮罩層402不包括其他材料層。不像其他習知之遮罩材料(如光阻)、無機介電硬遮罩(如二氧化矽或半矽氧烷)，可在不損傷下方鈍化層511及(或)凸塊512的情況下容易地移除包括水溶性層502的遮罩。當水溶性層502為遮罩層402時，水溶性材料層502不僅在習知劃線製程期間作為污染保護層，並可在後續電漿蝕刻街道期間提供保護。因此，水溶性層502需具有足夠的厚度以承受電漿蝕刻製程，以保護凸塊512(為銅)若暴露至電漿免於受到損傷、氧化或其他污染。水溶性層502的最小厚度為後續電漿蝕刻(例如第1圖中之操作105)達成之選擇性的函數。電漿蝕刻選擇性至少取決於水溶性層502的材料/組成以及所採用的蝕刻製程。
在一實施例中，水溶性材料包括水溶性聚合物。許多應用上諸如此類的聚合物為容易購得的，例如洗衣袋及購物袋、刺繡品(embroidery)、綠色包裝等。然而，本發明由於對最大膜厚度、蝕刻阻抗、熱穩定性、自基板施加及移除材料的機械性、以及微污染的嚴格需求，本發明所用之水溶性材料的選擇較為複雜。水溶性層502在街道的最大厚度Tmax受限於雷射透過遮罩剝蝕而圖案化的能力。水溶性層502的厚度可較IC 425及IC 426來得厚，以及/或者較街道427的邊緣來得厚，街道427的邊緣不形成街道圖案。因此，Tmax通常為與雷射波長相關聯之光學轉換效率的函數。由於Tmax與街道427相關聯，可選擇街道特徵結構的輪廓、街道寬度、以及施加水溶性層502的方法來達成期望的Tmax。在特定實 施例中，水溶性層502的厚度Tmax小於30μm，且Tmax小於20μm為有利的，而多道雷射需要較厚的遮罩。
在一實施例中，水溶性層502的溫度穩定於至少60℃(較佳穩定在100℃，且理想穩定於120℃)，以避免材料在後續電漿蝕刻製程期間溫度升高而產生過度交聯(excessive crosslinking)。一般而言，過度交聯對材料的可溶性有不利的影響，使得蝕刻後(post-etch)的移除更為困難。取決於實施例，水溶性層502可以濕式施加的方式至基板406上藉以覆蓋鈍化層511及凸塊512，或者水溶性層502可以乾膜疊層的方式施加。對於任一模式的應用而言，範例材料包括下列至少一者：聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯醯胺、或聚環氧乙烷，亦容易獲得許多其他水溶性材料，特別是乾膜疊層。疊層所用之乾膜可僅包括水溶性材料或可進一步包括同為水溶性或非為水溶性的附著層。在特定實施例中，乾膜可包括對UV敏感之附著層，在UV曝射下，對UV敏感之附著層的附著黏合強度隨之降低。此等UV曝射可能在後續電漿街道蝕刻期間發生。
實驗上，對於本文中他處所述之範例矽電漿蝕刻製程而言，在約1：20(PVA：矽)的蝕刻選擇率下，已發現聚乙烯醇(PVA)可提供介於1μm/min至1.5μm/min的蝕刻速率。其他範例材料可提供相似的蝕刻表現。因此，IC之上凸起表面之上的最小厚度(例如，第5圖中之Tmin)可藉由電漿蝕刻深度DE來決定，其中DE同為基板厚度Tsub及雷射劃線深度DL的函數。在DE為至少50μm的範例實施例中，水溶性層502 的厚度至少為5μm(且至少10μm較為有利)，藉以為DE提供至少100μm的充足邊際。
當水溶性層502具有小於30μm的厚度Tmax以及10μm或更大的Tmin時，將水溶性層502施加至基板較預防污染之噴灑塗覆的需求更為嚴苛。第2A圖為例示根據本發明實施例旋轉塗佈水溶性遮罩層至待切割基板上之方法200的流程圖。在操作202，將基板裝載至旋轉塗佈系統上或將基板傳送至整合平台的旋轉塗佈模組中。在操作204，將水溶性聚合物的水溶液旋轉塗佈至鈍化層511及凸塊512之上。利用PVA溶液進行的實驗顯示出50μm的非平坦覆蓋產生大於5μm之Tmin與在街道處小於為20μm之Tmax的凸起。
在操作208，在(例如)加熱板上乾燥水溶液，並將基板卸載以進行雷射劃線或在真空下將基板傳送至雷射劃線模組。就水溶性層502具有吸濕性的特定實施例而言，真空傳送是特別有利的。可取決於材料、基板輪廓及期望的層厚度選擇旋轉與分散參數。應選擇乾燥溫度及時間以提供適當的蝕刻阻抗，同時避免產生讓移除變得更加困難的過度交聯。取決於材料所需，範例乾燥溫度範圍從60℃至150℃。舉例而言，發現PVA在60℃仍保持可溶，但在達到150℃的溫度界限時變得較為難以溶解。
在另一實施例中，以乾膜疊層的方式來施加水溶性層502，藉以覆蓋鈍化層511及凸塊512。第2B圖為例示根據本發明實施例將水溶性遮罩層施加至待切割基板之疊層方法250的流程圖。從操作202開始，將基板裝載至疊層系統 上或將基板傳送至整合平台的疊層模組中。在操作306，於真空下使用傳統前側貼膠設備之技術來實行乾膜疊層，並經調整以相容小於30μm之Tmax膜厚度。在採用不具有附著層之乾膜的特定實施例中，靠著凡得瓦(Van der Waals)力或靜電力將乾膜固定至鈍化層511及(或)凸塊512。乾膜疊層操作306可進一步包括乾燥水溶性膜的熱製程，藉以改良鈍化層511及凸塊512之上之膜的加熱，及(或)可控制鈍化層511及凸塊512之上之膜的收縮與延展。在操作220完成疊層方法250，卸載基板以進行雷射劃線或在真空下將基板傳送至雷射劃線模組。對水溶性層502具有吸濕性的特定實施例而言，真空傳送是特別有利的。
取決於實施例所需，可在背側研磨(BSG)之前或之後實行旋轉塗佈方法200或乾膜疊層方法250。對於具有750μm習知厚度的基板而言，由於旋轉塗佈是較成熟的技術，在背側研磨之前實行旋轉塗佈方法200較為有利。然而，在其他替代實施例中，在背側研磨之後實行旋轉塗佈方法200，(例如)藉由可旋轉夾頭支撐薄基板與貼附框架而實行。由於乾膜疊層一般在薄化基板所用為成熟的技術，可在背側研磨之後實行疊層方法250較為有利。然而，在替代實施例中，在背側研磨之前實行疊層方法250作為前側膠帶堆疊的第一層，在該前側膠帶堆疊的第一層上首先施加相對較厚的傳統BSG膠帶。
第3A圖為例示在晶圓薄化之前施加遮罩層402至待切割基板之方法300的流程圖。方法300在操作355始於 接收凸起並鈍化的基板。在操作304，形成水溶性遮罩層(例如，水溶性層502)。因此，操作304可續用(entail)如本文中他處所述的方法，以濕式或乾式施加水溶性遮罩層。在操作360，在水溶性遮罩層之上形成前側膠帶。可在水溶性遮罩層之上施加諸如但不限於UV膠帶的任何傳統前側膠帶。在操作370，從背側薄化基板，例如，可藉由研磨例示於第5圖中之基板406的底表面501薄化基板。在操作375，將背側支撐件411附加至經薄化的基板。例如，可施加背側膠帶410，以及隨後移除前側膠帶以暴露水溶性遮罩層。根據本發明一實施例，隨後方法300回到操作103(第1圖)以完成方法100。
第3B圖例示在晶圓薄化之後將遮罩層402施加至待切割基板之方法350的流程圖。方法350在操作355始於接收凸起並鈍化的基板。在操作360，可將諸如但不限於UV膠帶的任何傳統前側膠帶施加至IC之上。在操作370，從背側薄化基板，例如可藉由研磨例示於第5圖中之基板406的底表面501來薄化基板。在操作375，將背側支撐件411附加至經薄化的基板。例如，可施加背側膠帶410，且隨後從水溶性遮罩層移除前側膠帶。在操作304，隨後形成水溶性遮罩層(例如水溶性層502)。操作304可再度續用本文他處所示的方法，以濕式或乾式施加水溶性遮罩層。根據本發明一實施例，隨後方法350回到操作103(第1圖)以完成方法300。
現回到方法100的操作103，並對照第4B圖，藉由雷射劃線製程之剝蝕而圖案化遮罩層402，形成溝槽414，延伸次表面薄膜裝置層，並暴露基板介於IC 425及IC 426之間 的區域。因此，使用雷射劃線製程來剝蝕起初形成於IC 425、IC 426間之街道427的薄膜材料。根據本發明一實施例，如第4B圖所示，使用基於雷射之劃線製程圖案化遮罩層402的步驟包括形成部分穿入基板406介於IC 425及IC 426間之區域中的溝槽414。
在第5圖所示的範例實施例中，取決於鈍化層511及次表面薄膜裝置層之厚度TTF及水溶性層502(任何附加的材料層包括在遮罩402之一部分)之厚度Tmax，雷射劃線深度DL的範圍大致介於5μm至50μm之間，深度範圍介於10μm至20μm之間較有利。
在一實施例中，參照本文所述之飛秒雷射，利用脈衝寬度(歷時)在飛秒範圍(亦即，10-15秒)內的雷射來圖案化遮罩層402。為達成乾淨的雷射劃線切片(cut)，雷射參數的選擇(例如脈衝寬度)對於發展出成功的雷射劃線與切割製程可能是關鍵的，以使碎片、微裂縫及分層減到最少。相較於長脈衝寬度(例如，皮秒或奈秒)，飛秒範圍內的雷射頻率有利地減輕熱損害問題。儘管尚未受理論支持，如現此技術領域者週知，飛秒能量源可避免出現在皮秒源的低能量再耦合(recoupling)機制，並且飛秒源可較奈秒源提供更大的熱非平衡(thermal nonequilibrium)。若使用奈秒或皮秒雷射源，存在於街道427中的各種薄膜裝置層材料在光學吸收與剝蝕機制上的表現會有相當大的差異。例如，在一般情況下所有的市售雷射波長對諸如二氧化矽的介電層皆可實質上穿透。相對地，金屬、有機物(例如，低κ材料)及矽可輕易地耦合光子， 特別是基於奈秒或基於皮秒的雷射照射下。在涉及兩個或兩個以上的無機介電質、有機介電質、半導體或金屬的堆疊結構中，若未選擇最佳的雷射參數，以雷射照射街道427可能會不利地造成分層。例如，穿過高帶隙能量介電質(如具有約9eV帶隙的二氧化矽)而無可測得的吸收的雷射會在下方金屬層或矽層中被吸收，致使金屬層或矽層產生顯著的汽化。汽化可能產生高壓，而很可能致使中間層(interlayer)產生嚴重的分層或微裂縫。已驗證基於飛秒之雷射照射製程可避免或減輕此等材料堆疊的微裂縫或分層。
可選擇基於飛秒之雷射製程的參數以對無機及有機介電質、金屬以及半導體具有實質相同的剝蝕特性。例如，二氧化矽的吸收性/吸收率(absorptance)為非線性，而可變得與有機介電質、半導體及金屬之吸收性/吸收率的較為一致(in-line)。在一實施例中，利用高強度及短脈衝寬度的飛秒雷射製程來剝蝕薄膜層的堆疊，薄膜層的堆疊包括有機介電質、半導體或金屬中之一或多者以及二氧化矽層。根據本發明的一實施例，藉由高峰值強度(照射)特徵化適當的基於飛秒之雷射製程，高峰值強度通常可在多種材料中造成非線性交互作用。在此一實施例中，飛秒雷射源的脈衝寬度大約介於10飛秒至450飛秒的範圍之間，儘管較佳介於50飛秒至500飛秒之間。
在一些實施例中，雷射發射可以寬頻帶或窄頻帶光學發射光譜橫跨可見光譜、紫外線(UV)、及(或)紅外線(IR)光譜的任何組合。至於飛秒雷射剝蝕，一些特定的波長可較其 他波長提供較佳的表現。例如，在一實施例中，與具有接近或位於IR範圍之波長的基於飛秒之雷射製程相較，具有接近或位於UV範圍之波長的基於飛秒之雷射製程提供較清潔的剝蝕製程。在特定實施例中，適用於半導體基板或基板劃線的飛秒雷射是基於約小於或等於540奈米之波長的雷射，較佳介於250奈米至540奈米之間的範圍。在特定實施例中，對具有小於或等於540奈米的雷射而言，脈衝寬度小於或等於500飛秒。然而，在替代實施例中，使用雙重雷射波長(例如，IR雷射與UV雷射的組合)。
在一實施例中，雷射及相關聯之光學路徑在工作表面上約3μm至15μm的範圍內(然而介於5μm至10μm的範圍內為有利的)提供焦點。在工作表面的空間射束輪廓可為單一模式(高斯，Gaussian)或是具有高頂(top-hat)輪廓形狀的射束。在一實施例中，雷射源的脈衝重複率約介於300kHz至10MHz的範圍之間，然而較佳約在500kHz至5MHz的範圍之間。在一實施例中，雷射源在工作表面傳遞的脈衝能量介於0.5μJ至100μJ的範圍之間，然而較佳約介於1μJ至5μJ的範圍之間。在一實施例中，雷射劃線製程沿著工作物件表面以約500mm/sec至5m/sec間之範圍(然而較佳約介於600mm/sec至2m/sec間之範圍)的速率運作。
可僅以單道雷射執行劃線製程或以多道雷射執行劃線製程，但以不超過兩道較為有利。可以一列單一脈衝(在給定脈衝重複率下)或一列脈衝焠發(burst)的方式施加雷射。在一實施例中，雷射射束產生的切口寬度約介於2μm至15μm 的範圍之間，然而如在裝置/矽介面量測，在矽基板劃線/切割中的切口寬度較佳約在6μm至10μm的範圍之間。
回頭參照第1圖及第4C圖，經由圖案化遮罩層402中的溝槽414蝕刻基板406，藉以單分IC 426。根據本發明之一實施例，蝕刻基板406包括以下步驟：如第4C圖所示，蝕刻利用基於飛秒雷射劃線製程所形成的溝槽414，最終穿過整個基板406。
在一實施例中，蝕刻基板406的步驟包括以下步驟：使用電漿蝕刻製程。在一實施例中，使用通孔蝕刻製程。例如，在特定實施例中，基板406的材料蝕刻速率大於每分鐘25μm。在電漿蝕刻操作105，可於高功率下操作高密度電漿源。示範功率範圍介於3kW與6kW之間或更多。
在一範例實施例中，在約大於傳統矽蝕刻速率40%的矽蝕刻速率下，使用深矽蝕刻(亦即，如穿矽通孔(TSV)蝕刻)來蝕刻單晶矽基板或基板406，並同時保持實質上精確的輪廓控制以及側壁無滲穴(scallop-free)的情況。在整個電漿蝕刻製程歷時期間，可透過降溫至-10℃到-15℃間之靜電夾頭(ESC)施加冷卻功率來控制水溶性遮罩上的高功率效應，藉以將水溶性遮罩層的溫度維持低於100℃，以及較佳介於70℃至80℃之間。在此等溫度下，可有利地維持遮罩的水溶性。
在特定實施例中，電漿蝕刻隨時間交錯續用複數個保護性聚合物沉積循環與複數個蝕刻循環。工作循環可能從約為1：1的範例工作循環開始變化。例如，蝕刻製程可具有歷時250ms至750ms的沉積循環以及歷時250ms至750ms的蝕 刻循環。在沉積與蝕刻循環之間，蝕刻製程的化學品(如採用SF6作為範例矽蝕刻實施例)可與沉積製程化學品(採用聚合之CxFy氣體，例如C4F6或C4F8，但不限定於此)交替使用。如熟習此技術領域者所知，可在蝕刻循環與沉積循環之間改變製程壓力，藉以在特定循環中設定偏好的製程壓力。
在操作107，移除遮罩層402來完成方法300。在一實施例中，利用水來洗去水溶性遮罩，例如可使用去離子水之加壓噴流、或浸沒在室溫或加熱的水浴中來洗去水溶性遮罩。在一替代實施例中，可使用此領域熟知的水溶劑溶液洗去遮罩層402，此領域熟知之水溶劑溶液的移除速率在pH低於去離子水之pH時較強。如進一步在第4D圖所示，電漿單分製程或遮罩移除製程二者之一可進一步將晶粒接著膜408圖案化，而暴露背膠帶410的頂部分。
單一製程工具600可經配置以實行混合雷射剝蝕-電漿蝕刻單分製程100中的許多或所有的操作。例如，第6圖例示根據本發明實施例耦接雷射劃線設備610之叢集工具606的方塊圖，該工具係供雷射及電漿切割基板所用。參照第6圖，叢集工具606耦接工廠介面602(FI)，工廠介面602具有複數個負載閘604。工廠介面602可為適當的大氣埠(atmospheric port)，以作為外側製造設施與叢集工具606之間的介面，製造設施具有雷射劃線設備610。工廠介面602可包括具有手臂或乘載片(blade)的機器手，具有手臂或乘載片的機器手用於從儲存器單元(例如前開口統一吊倉(pod))將基板(或基板的乘載件)傳送至叢集工具606或雷射劃線設備610， 或將基板傳送至叢集工具606與雷射劃線設備610兩者。
雷射劃線設備610也耦接至FI602。在一實施例中，雷射劃線設備610包括飛秒雷射。飛秒雷射用於實行混合雷射與蝕刻單分製程100的雷射剝蝕部分。在一實施例中，雷射劃線設備610也包括可移動階台，可移動階台經配置以移動基板或相對於基於飛秒之雷射移動基板(或基板的乘載件)。在特定實施例中，飛秒雷射亦為可移動。
叢集工具606包括一或多個電漿蝕刻腔室608，電漿蝕刻腔室608藉由機器手傳送腔室650耦接至FI，機器手傳送腔室650含有用於真空傳送基板的機器手臂。電漿蝕刻腔室608適於實行混合雷射與蝕刻單分製程100的電漿蝕刻部分。在一範例實施例中，電漿蝕刻腔室608進一步耦接至C4F8及C4F6源中至少一者以及SF6氣體源。在特定實施例中，一或多個電漿蝕刻腔室608為可自位於美國加州桑尼微爾(Sunnyvale)之應用材料公司購得的Applied Centura® SilviaTM蝕刻系統，但亦可購買其他適當的蝕刻系統。在一實施例中，超過一個電漿蝕刻腔室608包括在整合平台600的叢集工具606部分中，藉以使單分或切割製程能有高製造產量。
叢集工具606可包括適於實行混合雷射剝蝕-電漿蝕刻單分製程100之功能的其他腔室。在第6圖所示的範例實施例中，濕製程模組614耦接至機器手傳送模組650，以在電漿蝕刻基板之後洗去剩餘的水溶性遮罩。濕製程模組614可包括(例如)加壓水噴射噴流或其他溶劑分注器。
在其他實施例中，沉積模組612可為旋轉塗佈模組或疊層模組，用於施加本文所述之水溶性遮罩層。若沉積模組612為旋轉塗佈模組，沉積模組612可包括可轉動夾頭，可轉動夾頭適於以真空或其他方式夾住安裝在乘載件(諸如安裝在框架上之背膠帶)上的薄化基板。若沉積模組612為疊層模組，如此領域熟習技藝者所知，沉積模組612可包括膠帶卷軸及晶圓貼膠機構。
第7圖例示電腦系統700，可執行電腦系統700中的一組指令使機器執行一或多個本文所述的劃線方法，(例如)藉以分析來自標籤的反射光而辨認至少一個微機械人造物(micromachine artifact)。範例電腦系統700包括處理器702、主記憶體704(例如，唯讀記憶體(ROM)、快閃記憶體、動態隨機存取記憶體(DRAM)(諸如同步DRAM(SDRAM)或Rambus DRAM(RDRAM)等)、靜態記憶體706(例如，快閃記憶體、靜態隨機存取記憶體(SRAM)等)、以及第二記憶體718(例如，資料儲存裝置)，其中上述該等裝置透過匯流排730與彼此通信。
處理器702表示一或多個諸如微處理器、中央處理單元及其類似物的通用處理裝置。詳言之，處理器702可為複雜指令集電腦(complex instruction set computing，CISC)微處理器、精簡指令集電腦(reduced instruction set computing，RISC)微處理器、超長指令集(very long instruction word，VLIW)微處理器等。處理器702可為一或多個特用處理裝置，例如特殊應用積體電路(application specific integrated circuit， ASIC)、現場可程式閘陣列(field programmable gate array，FPGA)、數位信號處理器(digital signal processor，DSP)、網路處理器及其類似物。處理器702經配置以執行處理邏輯726，進而實行本文所述的操作與步驟。
電腦系統700可進一步包括網路介面裝置708。電腦系統700也可包括影像顯示單元710(例如，液晶顯示器(LCD)或陰極射線管(CRT))、字母數字輸入裝置712(例如，鍵盤)、游標控制裝置714(例如，滑鼠)、以及信號產生裝置716(例如，麥克風)。
第二記憶體718可包括機器可存取儲存媒體(或更明確地說，電腦可讀儲存媒體)731，機器可存取儲存媒體731上儲存可體現一或多個本文所述之方法或功能的一或多組指令(例如，軟體722)。在電腦系統700執行軟體722期間，軟體722可常駐於、完整或至少一部分存於主記憶體704之中及(或)在處理器702之中，主記憶體704及處理器702亦構成機器可讀儲存媒體。可進一步透過網路介面裝置708將軟體722傳輸至網路720或自網路720接收軟體722。
機器可存取儲存媒體731可用來儲存圖形辨識演算法(pattern recognition algorithms)、人造物形狀資料(artifact shape data)、人造物位置資料(artifact position data)、或粒子火花資料(particle sparkle data)。儘管範例實施例中所示的機器可存取儲存媒體731是單一媒體，然應將術語「機器可存取儲存媒體」視為包括儲存一或多組指令的單一媒體或多個媒體(例如集中式資料庫或分散式資料庫，及(或)相關聯的快 取記憶體或伺服器)。應將術語「機器可讀儲存媒體」視為包括可儲存或編碼一組指令的任何媒體，藉由機器執行指令並使機器實行本發明的一或多個方法。應將術語「機器可讀儲存媒體」相應視為包括但不限於固態記憶體、光學及磁性媒體。
因此，本文揭示切割半導體基板的方法，各個基板具有複數個IC。本發明於上文所述的範例實施例(包括摘要中的敘述)並非意使本發明窮舉所揭示的內容或受限於所揭示的精確形式。本文為例示目的描述了本發明的特定實施例或範例，然而此領域中熟知技藝者將可理解在本發明之技術範疇下，各種等效物的修改亦為可行。因此，本發明的技術範疇由伴隨之申請專利範圍所決定，而可對照申請專利範圍的闡述來理解本發明。
100‧‧‧方法
102‧‧‧操作
103‧‧‧操作
105‧‧‧操作
107‧‧‧操作

Claims (14)

  1. 一種用於切割一半導體基板的系統，該半導體基板包含複數個IC，該系統包含：一叢集工具，包含：一電漿蝕刻腔室；一機器手傳送腔室，該機器手傳送腔室耦接至該電漿蝕刻腔室；以及一濕製程模組，該濕製程模組耦接至該機器手傳送腔室；一雷射劃線模組，用於圖案化一遮罩並暴露該基板介於該等IC間的區域，該遮罩包含一水溶性材料層；以及一工廠介面，該工廠介面耦接至該叢集工具的該機器手傳送腔室並耦接至該雷射劃線模組，其中該半導體基板透過該工廠介面而於該叢集工具與該雷射劃線模組之間傳送。
  2. 如請求項1所述之系統，其中該濕製程模組包含一加壓水噴流。
  3. 如請求項1所述之系統，其中該雷射劃線包含一飛秒雷射，該飛秒雷射具有小於或等於530奈米之一波長與小於或等於500飛秒的一脈衝寬度。
  4. 如請求項1所述之系統，進一步包含： 一旋轉塗佈器，該旋轉塗佈器將該水溶性材料的一水溶液施加至該基板上；以及一加熱板，該加熱板將該水溶液乾燥為該水溶性材料。
  5. 如請求項1項所述之系統，進一步包含：一真空膠帶模組，該真空膠帶模組耦接至該機器手傳送腔室，以疊層該水溶性材料之乾膜至該基板上。
  6. 如請求項1所述之系統，其中該電漿蝕刻腔室係耦接至C4F8及C4F6中之至少一者以及SF6。
  7. 一種用於切割一半導體基板的系統，該半導體基板包含複數個IC，該系統包含：一叢集工具，包含：一旋轉塗佈器或一真空膠帶模組中的一者，該旋轉塗佈器將一水溶性材料的一水溶液施加至該基板上，該真空膠帶模組疊層一水溶性材料的一乾膜至該基板上；一電漿蝕刻腔室，該電漿蝕刻腔室藉由電漿蝕刻該基板以單分該等IC；以及一機器手傳送腔室，該機器手傳送腔室從該雷射劃線模組將一經雷射劃線之基板傳送至該電漿蝕刻模組，該機器手傳送腔室耦接至該旋轉塗佈器或該真空膠帶模組中的一者； 一雷射劃線模組，用於圖案化一遮罩並暴露該基板介於該等IC間的區域，該遮罩包含一水溶性材料層；以及一工廠介面，該工廠介面耦接至該叢集工具的該機器手傳送腔室並耦接至該雷射劃線模組，其中該半導體晶圓透過該工廠介面而於該叢集工具與該雷射劃線模組之間傳送。
  8. 如請求項7所述之系統，其中該雷射劃線包含一飛秒雷射，該飛秒雷射具有小於或等於530奈米之一波長與小於或等於500飛秒的一脈衝寬度。
  9. 如請求項7所述之系統，其中該電漿蝕刻腔室係耦接至C4F8及C4F6中之至少一者以及SF6。
  10. 如請求項7所述之系統，其中該旋轉塗佈器或該真空膠帶模組中的一者為該旋轉塗佈器，且該系統進一步包含一加熱板以將該水溶液乾燥為該水溶性材料。
  11. 如請求項7所述之系統，其中該旋轉塗佈器或該真空膠帶模組中的一者為該真空膠帶模組。
  12. 一種用於切割一半導體基板的系統，該半導體基板包含複數個IC，該系統包含：一叢集工具，包含：一電漿蝕刻模組，該電漿蝕刻模組藉由穿過一水溶 性遮罩來電漿蝕刻該基板以單分該等IC；一濕製程模組，該濕製程模組在電漿蝕刻該基板之後洗去該水溶性遮罩；以及一機器手傳送腔室，該機器手傳送腔室從該電漿蝕刻模組將該基板傳送至該濕製程模組；一雷射劃線模組，用於圖案化一遮罩並暴露該基板介於該等IC間的區域，該遮罩包含一水溶性材料層；以及一工廠介面，該工廠介面耦接至該叢集工具的該機器手傳送腔室並耦接至該雷射劃線模組，其中該半導體晶圓透過該工廠介面而於該叢集工具與該雷射劃線模組之間傳送。
  13. 如請求項12所述之系統，其中該濕製程模組包含一加壓水噴流。
  14. 如請求項12所述之系統，其中該電漿蝕刻腔室係耦接至C4F8及C4F6中之至少一者以及SF6。
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